基于藻蓝蛋白的抗肿瘤纳米系统的制备及应用研究

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声动力治疗(Sonodynamic therapy,SDT)作为一种新兴的肿瘤治疗方法,具有毒副作用低、肿瘤靶向性高、生物安全性好等优点,极具临床应用前景。声动力治疗中声敏剂的选择起着至关重要的作用。目前使用的声敏剂大多为疏水性物质,存在体内不稳定,容易被代谢,肿瘤靶向性差以及容易聚集等缺点,即使后期借助纳米技术研发了一些纳米粒,如Ti O2纳米粒、介孔二氧化硅纳米粒等,仍然存在生物相容性差等问题,因此,寻找新的声敏物质、开发新型的声敏物质以克服现有声敏剂存在的问题,是当前SDT领域面临的一大难题。此外,由于肿瘤细胞的多药耐药,导致单纯SDT技术的使用对肿瘤的治疗效果不是很明显,所以许多研究致力于将SDT与其他肿瘤治疗方法相结合,如光动力疗法、化疗、免疫治疗等,希望其可以协同抗肿瘤。藻蓝蛋白(Phycocyanin,PC)是由天然藻类提取而来,具有良好的水溶性,与肿瘤细胞亲和力强。天然的藻蓝蛋白通常表现为聚合体(αβ)6的形式,每个亚基都是由四吡咯结构与脱辅基蛋白通过硫醚键连接而成。其中四吡咯结构被激发后可以引起自由基的氧化还原反应,传递能量给氧分子,能生成活性氧(Reactive oxygen species,ROS),因此藻蓝蛋白具有开发成声敏剂的潜力;而脱辅基蛋白部分在保障其水溶性、生物相容性的同时,为化学交联形成蛋白质纳米粒提供了基础。此外,研究发现藻蓝蛋白对癌细胞有抑制作用,在特定强度光照刺激下可以产生ROS从而造成肿瘤细胞的凋亡,目前已被用作光敏剂应用于肿瘤的光动力治疗。由此可见,若对藻蓝蛋白进行纳米化制备,将其转变为粒径合适的藻蓝蛋白纳米粒,可具备以下三方面的药学应用潜力:受激发后可以生成ROS,可作为纳米声敏剂;可以靶向肿瘤,降低对周围正常组织的伤害,提高声敏剂在肿瘤处的积累量;可以作为负载抗肿瘤化学药物的蛋白质纳米载体,帮助药物在肿瘤环境蓄积和释放。本研究以戊二醛交联法制备藻蓝蛋白纳米粒(PCNP),并负载化药——多西他赛(Docetaxel,DTX),制得PCNP-DTX,一方面开发纳米藻蓝蛋白作为新型声敏剂的潜力,另一方面,研究PCNP-DTX中SDT与CT的协同治疗肿瘤作用。基于藻蓝蛋白开发的PCNP既为纳米声敏颗粒,又为抗肿瘤药物DTX的纳米载体,有望为肿瘤的SDT-CT治疗提供一个有效且简洁的多功能、集成化的纳米制剂系统平台。具体研究内容如下:一、通过戊二醛交联法成功制备了PCNP和PCNP-DTX。首先对合成的纳米粒进行表征,结果显示所得的PCNP粒径在50 nm左右,PCNP-DTX粒径在70 nm左右,为近球形,具有良好的分散性,并且保留了PC的荧光示踪作用。将PCNP和PCNP-DTX分散在血清、PBS中,结果显示经过14天纳米粒粒径仍未有明显变化,稳定性良好。在不同p H、超声/非超声条件下,评价PCNP-DTX的释药能力,结果显示,酸性条件以及超声都能促进药物的释放。借助各类荧光探针评价其ROS生成能力与种类,结果显示,PCNP和PCNP-DTX都能在超声作用下产生ROS,包括·OH和~1O2,具备开发成为声敏剂的潜力。二、载药藻蓝蛋白纳米粒的体外声动力治疗。借助人乳腺癌细胞系(MCF-7)评价了PCNP和PCNP-DTX的声敏性。首先对纳米粒的细胞摄取行为进行考察,结果显示,PCNP和PCNP-DTX通过溶酶体途径被细胞摄取。接着通过MTT分析探索了PCNP和PCNP-DTX对MCF-7细胞毒性的影响,结果显示PCNP有良好的生物相容性,即使浓度为500μg/m L时,细胞存活率仍在80%以上,而在超声(频率1 MHz,声强0.75 W/cm~2)作用下,肿瘤细胞死亡明显,存活率为52%。而PCNP-DTX在浓度低于200μg/m L时,肿瘤杀伤效果不明显,超声后因SDT-CT协同作用,细胞存活率仅为30%。最后,对PCNP和PCNP-DTX的ROS生成能力进行检测,结果显示超声促进纳米粒生成大量ROS,包括~1O2、·OH,造成线粒体膜电位损伤,进一步导致肿瘤细胞死亡。三、载药藻蓝蛋白纳米粒的体内声动力治疗。通过构建S180荷瘤小鼠模型进行PCNP和PCNP-DTX的体内安全性和疗效评价。体内分布以及不同时间点不同组织内的DTX含量测定结果显示,静脉注射后,PCNP和PCNP-DTX可以在肿瘤部位实现富集,在48 h达到峰值,为合适的声动力治疗时间。体内治疗结果显示,在超声(频率1 MHz,声强2 W/cm~2)作用下,PCNP能作为声敏剂达到有效治疗肿瘤的作用,同时,负载化药后,超声促进DTX的释放,达到SDT-CT协同治疗肿瘤的目的。H&E染色结果进一步证明了PCNP良好的生物相容性以及PCNP-DTX在超声作用下发挥声动力-化学协同治疗作用,表现出较好的体内抗肿瘤效果。
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